一种双活塞金属激光选区熔化成形设备制造技术

本发明专利技术公开了一种双活塞金属激光选区熔化成形设备，包括主机体、辅助机体、粉缸、刮刀运动部件和光路系统，可在单活塞和双活塞两种状态下分别工作。本发明专利技术采用一体式双活塞设计，可在单活塞和双活塞两种状态下单独工作，小活塞可更换拆卸，以实现不同大小尺寸金属构件的激光成形，节省粉末，同时能够对粉缸进行全方位的加热，实现对粉末的可控预热，使粉末受热均匀，改善温度梯度，减低构件变形和开裂。

【技术实现步骤摘要】
一种双活塞金属激光选区熔化成形设备
：本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种双活塞金属激光选区熔化成形设备。
技术介绍
：增材制造技术(又称为“3D打印”)是近年来迅速发展起来的高端数字化快速制造技术，适用于复杂构件的近净成形，采用增材制造技术制造出的成形件具有优异的力学性能，适合多种材料的快速成形，且材料利用率高。激光选区激光熔化成形技术(SelectiveLaserMelting，SLM)是增材制造的典型代表，它将传统的三维制造工艺转变为平面制造-累积叠加工艺，通过粉末逐层熔化实现三维复杂精密零部件的制造，由于粉末处于静止状态可设计制造辅助支撑结构，因此适合几乎任意复杂形状金属零部件的制造，可广泛应用于航空航天、汽车、模具、医疗等行业。激光选区激光熔化具有以下优点：1)直接成形终端金属产品，省掉中间过渡环节；2)可得到冶金结合的金属实体，密度接近100％；3)SLM制造的工件有高的拉伸强度；较低的粗糙度(Rz30-50mm)，高的尺寸精度(<0.1mm)；4)适合各种复杂形状的工件，尤其适合内部有复杂异型结构(如空腔)、用传统方法无法制造的复杂工件；5)适合单件和小批量模具和工件快速成型。但现有激光选区成形设备，大多采用固定粉缸尺寸设计，成形过程中，无论零件大小，都需要将金属粉末填满整个成形粉缸，成形小型构件时粉末浪费严重。此外，现有激光成形设备对金属粉末的预热考虑不够，致使金属在低温时对激光吸收率低，同时由于预热不够，容易引起成形构件内部组织、应力应变分布不均，产生裂纹、翘曲变形等问题，影响成形质量。因此设计一种双活塞选区激光成形设备对于成形不同大小构件时提高粉末利用率具有重要作用。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种双活塞金属激光选区熔化成形设备，其采用一体式双活塞设计，可在单活塞和双活塞两种状态下单独工作，小活塞可更换拆卸，以实现不同大小尺寸金属构件的激光成形，节省粉末，同时能够对粉缸进行全方位的加热，实现对粉末的可控预热，使粉末受热均匀，改善温度梯度，减低构件变形和开裂。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：一种双活塞金属激光选区熔化成形设备，包括主机体、辅助机体、缸体、刮刀运动部件和光路系统；其中，主机体和辅助机体通过机架设置在机壳内部，且主机体设置在辅助机体的左侧；在主机体的机壳上设置有观察窗，在辅助机体的机壳上设置有操作面板；机架的顶部设置有工作台板，主机体内部安装有缸体，缸体安装在工作台板的底部，且缸体和工作台板之间设置有隔热板；缸体上开设有两个大小相同的成形缸和送粉缸，成形缸位于送粉缸的左侧；缸体的底部自上而下依次设置有缸体隔热板和缸体端盖，缸体周向的上部设置有缸体加热圈，下部设置有缸体隔热圈，缸体加热圈和缸体隔热圈的外侧由内至外依次设置有缸体隔热层和压条；成形缸和送粉缸内均自下而上依次设置有大活塞基板、大活塞体和活塞端盖，两个活塞端盖的底部分别与缸体底部设置的两个电缸的活塞杆相连，大活塞体内部安装有活塞加热板，活塞加热板底部安装有活塞隔热板；成形缸和送粉缸内的大活塞基板、大活塞体和活塞端盖均能够上下伸缩；机架上方安装有成形腔和隔离腔，成形腔和隔离腔均为不锈钢封闭腔体，成形腔和隔离腔之间通过隔板隔开；刮刀运动部件设置在隔离腔内；辅助机体内安装有激光器以及用于控制激光器的工控机；光路系统通过支撑板固定在成形腔顶部设置的光路腔内。本专利技术进一步的改进在于：刮刀运动部件包括模组垫板和移动模组，模组垫板固定在工作台板上，移动模组安装在模组垫板上；在隔离腔内，刀架T形架固定在移动模组的滑台上，刀架T形架上设置有两个平行设置的矩形凸台，两个矩形凸台穿过隔离腔与成形腔之间的隔板，该隔板上开设有长槽，长槽位置平行安装有两条隔离钢带，两条隔离钢带固定在隔离腔内的刀架T形架与成形腔内设置的刀架基座之间，刀架基座固定在刀架T形架的两个矩形凸台上；在成形腔内，刀架固定在刀架基座上，刮刀固定在刀架上，并且，在刀架运动方向上的成形腔侧壁上下位置分别安装有气路循环进口和气路循环出口，在刀架安装方向上的左右位置底部且靠近工作台板的位置分别安装有粉尘循环进口和粉尘循环出口。本专利技术进一步的改进在于：刀架上固定有刮刀调整块，刮刀通过刮刀压块固定在刮刀调整块上。本专利技术进一步的改进在于：成形腔顶部开设有玻璃保护口，光路系统中的f-θ镜固定在保护玻璃窗口处，光路系统中的振镜通过支撑架固定光路腔内设置的支撑板上，振镜与f-θ镜相连，准直扩束模块与振镜相连，QBH接头与准直扩束模块相连，光纤连接在QBH接头上；成形过程中，激光器产生的激光通过光纤传输到光路系统上，首先经过QBH接头，然后经准直扩束模块形成发散光斑进入振镜，激光通过振镜镜片的两次反射后进入f-θ镜，f-θ镜将激光聚焦后进入成形腔，实现对金属粉末的熔化成形。本专利技术进一步的改进在于：还包括回粉缸，其固定在缸体的左侧。本专利技术进一步的改进在于：缸体周向的最外层和缸体的底部还包裹有缸体外罩。本专利技术进一步的改进在于：每个大活塞体的周向上均设置有大活塞导向环和大活塞格莱圈。本专利技术进一步的改进在于：成形腔上设置有保护窗。本专利技术进一步的改进在于：去除两个大活塞基板，在成形缸和送粉缸内的大活塞体顶部均设置活塞盖板，在成形缸和送粉缸内的活塞盖板上方均设置小活塞缸套，每个小活塞缸套内均设置有小活塞体，每个小活塞体的底部固定在对应活塞盖板顶部的中心处，且每个小活塞体的顶部设置有小活塞基板，小活塞体和小活塞基板均能够在小活塞缸套内上下伸缩。本专利技术进一步的改进在于：小活塞体的周向上安装有小活塞导向环和小活塞格莱圈。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：本专利技术采用一体式双活塞粉缸设计，大活塞上部安装有小活塞，小活塞可拆卸，可实现不同大小尺寸零件的成形。其中，当在单活塞状态下工作时，首先，对成形缸内的大活塞基板进行调平；然后，利用缸体加热圈对缸体四周进行加热，利用活塞加热板对活塞盖板进行加热，实现对成形缸和送粉缸内的金属粉末的间接加热，由于金属具有良好的热传导特性，通过热传导实现粉末均匀受热。同时利用缸体隔热圈、缸体隔热板和活塞隔热板对产生的热量隔离，以防止高温影响粉缸其他部件，尤其是电缸。开始工作时，送粉缸内盛满金属粉末，成形缸内的大活塞体位于最高位置。工作过程中，电缸带动送粉缸内的大活塞体向上运动，金属粉末被刮送到成形缸中，电缸带动成形缸内的大活塞体向下运动。进一步，在成形过程中，激光器产生的激光通过光纤传输到光路系统上，首先经过QBH接头，然后经准直扩束模块形成发散光斑进入振镜，激光通过振镜镜片的两次反射后进入f-θ镜，f-θ镜将激光聚焦后进入成形腔，实现对金属粉末的熔化成形。进一步，利用大活塞格莱圈防止运动过程中金属粉末通过活塞与基板之间的缝隙下落，同时起到密封作用，大活塞导向环和盖板导向环用于大活塞体顺利运动导向。当在双活塞状态下工作时，其运动过程与单活塞是类似，首先将小活塞基板调平；然后利用利用缸体加热圈和活塞加热板对小活塞成形缸和小活塞送粉缸内的粉末进行均匀加热。开始工作时，送粉缸内盛满金属粉末，成形缸内的大活塞体位于最高位置。工作过程中，电缸通过带通大活塞体运动带动小活塞体上下运动。进一步的，利用小活塞格莱圈和小活塞导向环的密封和导向作用，保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双活塞金属激光选区熔化成形设备，其特征在于：包括主机体(1)、辅助机体(4)、缸体(12)、刮刀运动部件和光路系统；其中，主机体(1)和辅助机体(4)通过机架(10)设置在机壳(3)内部，且主机体(1)设置在辅助机体(4)的左侧；设置主机体(1)的机壳(3)上设置有观察窗(2)，设置辅助机体(4)的机壳(3)上设置有操作面板(5)；机架(10)的顶部设置有工作台板(14)，主机体(1)内部安装有缸体(12)，缸体(12)安装在工作台板(14)的底部，且缸体(12)和工作台板(14)之间设置有隔热板(13)；缸体(12)上开设有两个大小相同的成形缸(31)和送粉缸(30)，成形缸(31)位于送粉缸(30)的左侧；缸体(12)的底部自上而下依次设置有缸体隔热板(45)和缸体端盖(46)，缸体(12)周向的上部设置有缸体加热圈(56)，下部设置有缸体隔热圈(57)，缸体加热圈(56)和缸体隔热圈(57)的外侧由内至外依次设置有缸体隔热层(58)和压条(59)；成形缸(31)和送粉缸(30)内均自下而上依次设置有大活塞基板(79)、大活塞体(36)和活塞端盖(43)，两个活塞端盖(43)的底部分别与缸体(12)底部设置的两个电缸(11)的活塞杆相连，大活塞体(36)内部安装有活塞加热板(37)，活塞加热板(37)底部安装有活塞隔热板(38)；成形缸(31)和送粉缸(30)内的大活塞基板(79)、大活塞体(36)和活塞端盖(43)均能够上下伸缩；机架(10)上方安装有成形腔(16)和隔离腔(17)，成形腔(16)和隔离腔(17)均为不锈钢封闭腔体，成形腔(16)和隔离腔(17)之间通过隔板隔开；刮刀运动部件设置在隔离腔(17)内；辅助机体(4)内安装有激光器(9)以及用于控制激光器(9)的工控机(8)；光路系统通过支撑板(68)固定在成形腔(16)顶部设置的光路腔(67)内。...

【技术特征摘要】
1.一种双活塞金属激光选区熔化成形设备，其特征在于：包括主机体(1)、辅助机体(4)、缸体(12)、刮刀运动部件和光路系统；其中，主机体(1)和辅助机体(4)通过机架(10)设置在机壳(3)内部，且主机体(1)设置在辅助机体(4)的左侧；在主机体(1)的机壳(3)上设置有观察窗(2)，在辅助机体(4)的机壳(3)上设置有操作面板(5)；机架(10)的顶部设置有工作台板(14)，主机体(1)内部安装有缸体(12)，缸体(12)安装在工作台板(14)的底部，且缸体(12)和工作台板(14)之间设置有隔热板(13)；缸体(12)上开设有两个大小相同的成形缸(31)和送粉缸(30)，成形缸(31)位于送粉缸(30)的左侧；缸体(12)的底部自上而下依次设置有缸体隔热板(45)和缸体端盖(46)，缸体(12)周向的上部设置有缸体加热圈(56)，下部设置有缸体隔热圈(57)，缸体加热圈(56)和缸体隔热圈(57)的外侧由内至外依次设置有缸体隔热层(58)和压条(59)；成形缸(31)和送粉缸(30)内均自下而上依次设置有大活塞基板(79)、大活塞体(36)和活塞端盖(43)，两个活塞端盖(43)的底部分别与缸体(12)底部设置的两个电缸(11)的活塞杆相连，大活塞体(36)内部安装有活塞加热板(37)，活塞加热板(37)底部安装有活塞隔热板(38)；成形缸(31)和送粉缸(30)内的大活塞基板(79)、大活塞体(36)和活塞端盖(43)均能够上下伸缩；机架(10)上方安装有成形腔(16)和隔离腔(17)，成形腔(16)和隔离腔(17)均为不锈钢封闭腔体，成形腔(16)和隔离腔(17)之间通过隔板隔开；刮刀运动部件设置在隔离腔(17)内；辅助机体(4)内安装有激光器(9)以及用于控制激光器(9)的工控机(8)；光路系统通过支撑板(68)固定在成形腔(16)顶部设置的光路腔(67)内；成形腔(16)顶部开设有玻璃保护口，光路系统中的f-θ镜(18)固定在保护玻璃窗口处，光路系统中的振镜(19)通过支撑架(23)固定光路腔(67)内设置的支撑板(68)上，振镜(19)与f-θ镜(18)相连，准直扩束模块(22)与振镜(19)相连，QBH接头(21)与准直扩束模块(22)相连，光纤(20)连接在QBH接头上；成形过程中，激光器(9)产生的激光通过光纤(20)传输到光路系统上，首先经过QBH接头(21)，然后经准直扩束模块(22)形成发散光斑进入振镜(19)，激光通过振镜(19)镜片的两次反射后进入f-θ镜(18)，f-θ镜(18)将激光聚焦后进入成形腔，实现对金属粉末的熔化成形。2.根据权利要求1所述的一种双活塞金属激光选...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏正英，周建平，陈祯，杜军，邹亚桐，何宇洋，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61